万花镜
    首页社会国际娱乐科技时尚军事汽车探索美食旅游历史健康育儿
    品牌音乐地理汽车明星内地歌手植物

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    2016年3月28日 作者:每日科学
    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    点击上方“数学英才”可以订阅哦!

    凝视着夜空,宇宙似乎是复杂和神秘的。很难想象的是,数学可以如此简单地解释十分复杂的东西,使得即便孩子也可以理解。但是,这并没有阻止人们偶尔尝试一番。

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    太阳系里存在一个特定的模式吗?图片为太阳及其行星的概念画。

    图片来源:NASA Jet Propulsion Laboratory.

    例如,在学校里,我经常被给一个数列,要求寻找能让我延续该序列的数学模式。这有一例:

    0,1,2,4,8,16,32

    显然这个序列是先添加1到0,然后它的每一个数加倍,得到下一个数。因此,序列应以64,128,256等继续。现在,我们有

    0,1,2,4,8,16,32,64,128,256,512

    这似乎是很基本的,也不是特别有趣的。所以可以想象,当我在一个短暂的时期内发现这个表达式的一个修改版本似乎非常接近于解释宇宙,我是如何的惊喜!

    下面告诉如何做到这点。

    将序列中的每个数乘上3:

    0,3,6,12,24,48,96,192,384,768,1024

    将序列中的每个数乘上3:

    4,7,10,16,28,52,100,196,388,772,1028

    最后,每个数除以10:

    0.4,0.7,1.0,1.6,2.8,5.2,10,19.6,38.8,77.2,102.8

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    戴维·提丢斯(左) 和 约翰·波得

    为什么我做这一切呢?好吧,1766年,德国天文学家Johann Daniel Titius发现该序列似乎能说明当时已知的每个行星与太阳之间的平均距离(行星的轨道是椭圆形的,所以它到太阳的距离各不相同,因此天文学家取平均)。他的同胞Johann Bode是柏林天文台的台长,让他的观察广为人知,现在就称为Titius-Bode规则(简称:“波得定律”)。

    地球距离太阳约有150万公里远,称为1天文单位(AU)。地球是太阳第三远的行星。水星是最靠近太阳的行星,其次是金星。

    猜猜看:

    水星距离太阳0.39AU。

    金星距离太阳0.72AU。

    火星距离太阳1.52AU。

    当时已知仅有的其他行星是木星和土星。

    木星距离太阳5.2AU。

    土星距离太阳9.54AU。

    这些距离非常接近我们序列中的第六和第七个数。因此,看来是有描述行星与太阳距离的一个美丽的简单模式。当然,也有一定的差距。该序列预测存在一颗与太阳距离约为2.8AU的行星。Titius和Bode两人都深信,必须有另一颗行星位于火星和木星之间。他们认为上帝若将该空间浪费而破坏他们的模型,这几乎是不可信的。

    除了预测火星和木星之间存在行星外,Titius-Bode规则还预测,如果有比土星更远的行星,它则会距离太阳大约19.6AU------是土星与太阳距离的双倍。

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    一副天王星和天王星环的概念图。图片来源:NASA Ames Research Centre.

    然后,在1781年,非同寻常的事情发生了------出生在德国的一个业余天文学家William Herschel,住在Bath,他用自制的望远镜发现了一颗行星,从而作为行星的第一个现代发现者而在历史书中赢得一席。但是,Johann Bode一定会感到相当得意的。首先,行星的称谓最终选择的是他的命名------天王星,这推翻了Herschel以英王乔治三世命名的愿望(有一颗行星叫乔治,那岂不是有点怪异?)。其次,天王星非常接近Titius-Bode规则所规定的地方,在与太阳相距19.2AU的轨道上运行。

    预测一个未知的星球的轨道,给了这个规则更多的信誉,并开始了寻找火星和木星之间“丢失的星球”。然后,意大利的天文学家Guiseppe Piazzi在1801年的元旦发现了谷神星。它的轨道距离太阳2.8AU,正是Titius-Bode法则所预测的。

    Titius-Bode规则两次成功的预测,似乎真的揭示了宇宙是如何被制造的秘密。然而,令人遗憾的是,原来被认为规则精彩(或者用两点)之处的预测,慢慢地开始引起了怀疑。

    第一个问题是,作为行星,谷神星是很小的。认为自己发现了一个恰当星球的William Herschel,创造了小行星这个词来形容谷神星。随着时间的推移,越来越清晰地表明它只是火星和木星之间所谓的小行星带中的许多物体之一。从19世纪60年代以来,谷神星已经不再被认为是一颗行星。不过,有人会说,如果这些小物体没有被木星的引力打乱,它们会形成一个星球。

    第二个问题是,又一颗新的行星于1846年被发现,但是在错误的地方!根据Titius-Bode规则,海王星应在距离太阳38.8AU处发现。事实上,实际距离较预期值近得多。

    然后,在1930年,Clyde Tombaugh发现了冥王星,和太阳相距40AU。随着越来越多的发现,该规则被打破,如所列表格显示的(表中*表示不再认为是行星)。

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    *表示不再被视为太阳系的行星

    今天,Titius-Bode规则已经成为过去式,没有人再会认真地对待它。这个昙花一现的几乎成为科学定律的想法,被进一步的数据证明击倒了。它的初始发现仅是巧合,而人们抓住它相信它确实过于仓促!尽管这是一个美丽的巧合,但巧合很难成为定律!

    事实上宇宙的奥秘,比如宇宙以及行星到底是如何形成的,我们至今仍然知之甚少。但我们也不排除这样的可能性:或许有一天,上述的那个被证明失败的规则会以某种形式复活,当然要经过适当的形式予以修正了。有趣的是,有人已发现某些卫星根据类似的规则围绕着行星分布;虽然这些发现可能仍然是局部的巧合。但在科学研究中,我们可以相信有些死去的想法在适当的条件下确实可以复活!

    选载自善科文库

    作者: Sophie Butchart

    翻译: 丁玖,密执安州立大学博士,南密西西比大学数学教授

    校对: 汤涛,香港浸会大学数学讲座教授

    数学英才

    中学生英才计划

    数学学科官方公众号

    推送数学微慕课和学习资料

    微信号:shuxueyingcai

    位置:首页 > 探索
    阿宅2016/4/7 8:56

    数学公式真可以解释宇宙吗?不懂0、1是二进制的基数吧,比如:1001、0110、0011分别对应十进制的9、6、3,那就用计算机去算宇宙吧!

    佳宁2016/4/7 7:12

    150万公里,小编估计骨头渣渣都不剩了,

    我是女孩2016/4/7 5:34

    太阳和地球距离1亿5000万公里月亮和地球38万公里地球半径6400公里

    坏小子不坏2016/4/6 13:38

    这就是典型的不懂装懂!没有天文知识就不要出来装逼了好吗!说你是砖家都侮辱了禽兽!

    不再回忆2016/4/5 15:13

    土星呢,那个谷神星是土星??

    冷大大2016/4/4 20:15

    光速每秒30万公里,太阳光到地球八分钟,有多遠坭?别人讲错了?

    加载更多评论...
    本类推荐
    让太阳鼓起星际旅行的风帆
    让太阳鼓起星际旅行的风帆

    点击“国家空间科学中心”可以订阅哦!空少问答小课堂 第二十三期上周六,空少为大家留了1个问题,来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧!让太阳鼓起星际旅行的风帆空少正解想要查看原问题背景介绍的朋友们可以点击《让太阳鼓起星际旅行的风帆 | 太阳光风帆你了解多少?

    古代中国数学家如何计算太阳直径和日地距离?
    古代中国数学家如何计算太阳直径和日地距离?

    现在让你计算太阳的直径或者太阳距离地球的长度,你可以实现吗?也许你通过现代设备可以得出答案,但是如果让你回到古代,你有办法可以计算出来吗?来看看聪明的古人是怎么算出来的吧!天文历算是古代数学的重要部分。

    三艘巨大飞船飞过太阳清晰可见引轰动太阳系有危险?
    三艘巨大飞船飞过太阳清晰可见引轰动太阳系有危险?

    [科技讯]3月5日消息,三艘巨大飞船飞过太阳清晰可见引轰动,太阳系有危险?近日,美国航天局在宇宙探索时意外拍摄到,三大形状十分相似的UFO编队从太阳附近飞速划过,消息传出后在世界上引起了不小的轰动,专家推测太阳系即将出现危险,下面小编带你看神秘UFO惊现太阳。

    不怕烫手吗?科学家是如何收集太阳碎片的
    不怕烫手吗?科学家是如何收集太阳碎片的

    美国宇航局的太阳动力学观测卫星,于2015年5月28日拍摄的这张照片,显示太阳表面出现“跷跷板”状的纤维结构。Credit: Solar DynamicsObservatory/NASA我们强大的太阳,用温柔的光芒来照耀着地球。

    没想到太阳的一个小小喷嚏,就会给卫星造成威胁!
    没想到太阳的一个小小喷嚏,就会给卫星造成威胁!

    太阳闪焰为太阳表面扭曲的强大磁场,通常发生在太阳黑子附近,瞬间将大量能量释放造成的大规模爆炸。 在短短数分钟内,物质被加热到数百万度,并放射大量辐射,如无线电波、X射线、紫外线到γ射线等等。根据其喷发出的X射线规模...

    面对宇宙中那些向我们冲来的恒星,太阳会撞上去吗?
    面对宇宙中那些向我们冲来的恒星,太阳会撞上去吗?

    在人类的肉眼看来,夜空中的那些星星好像都是固定不动的。 但是实际上,那些闪闪发光的恒星无时无刻不在做着高速的运动,不仅仅是那些恒星,宇宙中的一切物质都在高速做着运动。这些看似杂乱的恒星,其实并不是在杂乱的运动...

    关于太阳的10条概览
    关于太阳的10条概览

    今天我们来看一下滚烫的等离子球-我们称之为太阳.1.它真的很巨大!实际上,太阳系99.8%的质量被太阳占据.是这样的-所有的行星卫星以及其他小天体加起来不到0.2%的太阳系质量.如果你想要一些大数字来表达...

    周琦若进乐透最可能赴太阳重建球队有利成长
    周琦若进乐透最可能赴太阳重建球队有利成长

    若周琦进入乐透区,他应该会在乐透末段。今年太阳在乐透区拥有两个顺位,一个是第4顺位,另一个是第13顺位,若周琦能打动太阳,太阳或许会愿意动用第13顺位选择这位潜力中锋。但无论如何,至少从兼容性、需求、周琦个人能力、市场因素等角度,太阳选择周琦并不算亏。

    太阳正在刹车,爱因斯坦的预言已成真?
    太阳正在刹车,爱因斯坦的预言已成真?

    太阳是我们的母星,俗话说万物生张靠太阳已足以体现出太阳对我们的重要性。但由于天文学的限制,我们对于太阳这颗母星的种种研究多年(几千年)来只停留在“崇拜”这个阶段。只是近些年,特别是爱因斯坦提出狭义相对论后,研究太阳才有了一些门路。

    太阳因何存在轨道倾角
    太阳因何存在轨道倾角

    据英国《每日邮报》报道,一项最新研究称理论上可能存在的所谓太阳系“第九大行星”或许对整个太阳系各大行星的轨道倾角都造成了显著的影响。尽管目前看来,太阳系的8大行星的公转轨道面基本还都是在同一个平面上(黄道面)...

    大量物体落入看不见的宇宙洞中,美宇航局面对不可思议的事实惊呆
    大量物体落入看不见的宇宙洞中,美宇航局面对不可思议的事实惊呆

    宇宙印象 深度科普栏目第176期 据著名的《Nature》杂志最新一篇论文指出,科学家在银河系附近星系团中发现了一个宇宙庞然大物,这是一个惊人的发现,因为这个东西是一个巨大的黑洞。要知道黑洞这个东西其实好像与我们很遥远...

    我来问|你来答地月同食太阳,你能分辨哪个是地球,哪个是月亮吗?
    我来问|你来答地月同食太阳,你能分辨哪个是地球,哪个是月亮吗?

    点击"国家空间科学中心"可以订阅哦!空少问答小课堂第十一期前言:亲爱的小伙伴们!在阔别了两周之后,空少问答下课堂又和大家见面了。空少问答小课堂开讲到今天已经有十期了。感谢各位朋友们的关注和支持。在前几期的小课堂中,我们追踪科技前沿,紧跟空间潮流,传播科学乐趣。

    延伸热词
    首页社会国际娱乐科技时尚军事汽车探索美食旅游历史健康育儿
    万花镜 版权所有 京ICP备14059027号
    值班QQ:3012642954
    邮箱:wanhuajingnews@qq.com